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蜜蜂研究團(tuán)隊(duì)在蜜蜂發(fā)育生物學(xué)領(lǐng)域取得新的研究進(jìn)展

發(fā)布時(shí)間：2023-03-14 點(diǎn)擊：

近日，動(dòng)物科技學(xué)院曾志將教授團(tuán)隊(duì)在《Cell》子刊《iScience》以及昆蟲學(xué)領(lǐng)域Top期刊《Insect Biochemistry and Molecular Biology》在線發(fā)表研究論文，題目分別為“Phenotypic dimorphism between honeybee queen and worker is regulated by complicated epigenetic modifications”和“The diverging epigenomic landscapes of honeybee queens and workers revealed by multiomic sequencing”。

蜂王與工蜂具有相同遺傳背景，都是由受精卵發(fā)育而成，但由于營(yíng)養(yǎng)和發(fā)育空間差異導(dǎo)致蜂王與工蜂在形態(tài)、生理和行為上出現(xiàn)顯著差異，特別是蜂王壽命比工蜂壽命高數(shù)十倍，表現(xiàn)出很強(qiáng)的衰老與壽命可塑性。以蜜蜂為模型，利用Hi-C，ChIP-seq和RNA-seq三組學(xué)技術(shù)，比較分析了剛羽化出房的蜂王和工蜂表觀遺傳調(diào)控分子機(jī)制。首次發(fā)現(xiàn)發(fā)現(xiàn)蜂王比工蜂染色體Hi-C (包括染色體內(nèi)Cis和染色體間Trans) 互作都更強(qiáng)；蜂王比工蜂有更多特異性H3K27ac修飾，而工蜂有更多H3K4me1修飾。蜂王與工蜂表觀遺傳差異相關(guān)基因主要集中在與壽命、卵巢發(fā)育以及級(jí)型分化等通路。該研究不僅深入解析了蜂王與工蜂的表觀遺傳調(diào)控分子機(jī)制，而且研究結(jié)果對(duì)衰老生物學(xué)研究（特別是衰老與壽命調(diào)控方面）有重要參考價(jià)值。

以蜜蜂為模型，利用Hi-C，ATAT-seq，ChIP-seq和RNA-seq四組學(xué)技術(shù)，比較分析了蜂王和工蜂在發(fā)育早期（2日齡幼蟲）和發(fā)育關(guān)鍵期（4日齡幼蟲）的表觀遺傳調(diào)控分子機(jī)制。結(jié)果發(fā)現(xiàn)：2日齡蜂王幼蟲和工蜂幼蟲染色體Hi-C (染色體內(nèi)Cis和染色體間Trans) 互作無顯著差異，而4日齡蜂王幼蟲在染色體內(nèi)互作更強(qiáng)，工蜂幼蟲則在染色體間互作更強(qiáng)。Hi-C、ATAC-seq、ChIP-seq結(jié)果都與RNA-seq結(jié)果呈正相關(guān)，且4日齡蜂王幼蟲比2日齡幼蟲有更多的差異基因，這些基因主要與級(jí)型分化相關(guān)。蜜蜂級(jí)型分化是通過復(fù)雜的多組學(xué)互作來調(diào)控，在幼蟲發(fā)育早期，表觀遺傳修飾較少，且較低程度地參與調(diào)控基因表達(dá)，因此2日齡幼蟲發(fā)育具可塑性；但到幼蟲發(fā)育關(guān)鍵期，表觀遺傳修飾變化加劇，且多種表觀遺傳修飾通過協(xié)同互作，特別是與級(jí)型分化關(guān)鍵基因受到表觀修飾多重調(diào)控，因此4日齡幼蟲發(fā)育則不可逆。首次提出表觀遺傳修飾能根據(jù)生物體發(fā)育狀態(tài)，自動(dòng)啟動(dòng)自身的表觀遺傳調(diào)控程序，進(jìn)而調(diào)控生物體發(fā)育。研究結(jié)果解釋了表觀遺傳修飾調(diào)控蜜蜂表型可塑性分子機(jī)理。